Tratamento da agua Branca por biorreator - ABTCP · detenrao hidraulica TDH de 27h e a Fase 2 pelo...

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4Q r jU C j Techn calArticte Tratamento da agua Branca por biorreator anaerobio conventional a biorreator anaerobio a membranas White water treatment by anaerobic conventional bioreactor and anaerobic nernbrane bioreactor Autores out ae3rs Ana Paula Santana Loures Claudio Mudado Silva Matheus Ribeiro Coura Ismarley Lage Horta Ivlorais Palavras chave l gua Branca m aquina de papel membrana de ultrafiltra ao tratamento anaerobio RESUMO Os objetivos deste trabalho foram verificar a trata bilidade e a possibilidade de remo ao de organicos e contaminantes presenter na agua Branca pro eniente da produr ao de papeis de polpa kraft branqueada Etapa 1 e de polpa m arrom reciclada Etapa 2 par biorreator ana erobio amembranas BRAN e comparar o desempenho deste sistema de tratamento tom o biorreator anaerobio conventional WRAC sob diferentes tempos de detenCao hidraulica TDH e portanto diferentes cargos organicos volumetricas COV Foram analisados os seguintes para metros demanda quimica de oxigenio DQO demanda bioquimica de o igenio DBOa solidos suspensor totais SST turbidez pH alcalinidades total e bicarbonato acidos organicos volateis durezas total e calcio condu tividade eletrica Na Etapa 1 ambas as configurar oes apresentaram boa remor ao de dureza total Um ligeiro aumento no pH e na condutividade foi observado Estes resultaclos indicam que o BRAIvi tem vantagens sobre o Keywords Anaerobic treatraaent paper machine ul tr afzZtratior mem brar2e white water aesr acr The purposes of this work were to verify the treat ment capacity arzd the possibility of removing organic substances aazd contarrar na nts present in white water co ringfrom paper prodatction using bleached krafl pulp Phase 1 andfroarz rec cled brown pulp Phase 2 hy an aruterobic rrrerrrbrane bioreactor AMBR and to compare the performance of this treatment system to that of the anaerobic conventional bioreactor AGBR at different hydraulic retention times HDT and therefore differ ent organic loading rates OLR The following param eters were analyzed chemical oxygen demand GOD biochemr eal o eygen demand HODS total suspended solids Tb SJ turbidity pH total alkalinity t icarboncite alkalinity volatile organic acids total hardness calcium hardness and electric conductivit z Zn Phase 1 both con faguraiionsshowed good tor al hardness removal A slight increase in pH and in electric conductivit was observed These results indicate that the iIBR has advantages Reterencias dos Autores Authors retererrces Laboratorio de Celulose a Papel Depaitamento de Engenharia Florestal Universidade Federal de Vigosa Vicosa MG tel 31 38992717 tax 31 38992490 homepage httpalwww lcp uiv br I Pui ar d apa u hcrarcry c aarr er ci i a rr i zr r r q Fedcra lr r 2r rry a Il vx il c a rr 2l i8y92717 fax 31 389324311 nome a e itt o ro u lcp rrtv r E mails Ana Paula Santana Loures aploures@vicosa utv br ClaucJio Mudado Silva mudado@ufv br Matheus Ribeiro Coura matheuscoura83 hotmail com Ismarley Laye Horta Morais ismarleyC Y ricosa utv br 0 N 0 L W

Transcript of Tratamento da agua Branca por biorreator - ABTCP · detenrao hidraulica TDH de 27h e a Fase 2 pelo...

4QrjUCj TechncalArticte

Tratamento da agua Branca por biorreatoranaerobio conventional a biorreatoranaerobio a membranasWhite water treatment by anaerobicconventional bioreactor and anaerobic

nernbrane bioreactor

Autoresoutae3rs Ana Paula Santana Loures

Claudio Mudado SilvaMatheus Ribeiro Coura

Ismarley Lage Horta Ivlorais

Palavraschavelgua Branca m aquina de papel membrana

de ultrafiltraao tratamento anaerobio

RESUMO

Os objetivos deste trabalho foram verificar a trata

bilidade e a possibilidade de remoao de organicos e

contaminantes presenter na agua Branca proeniente da

produrao de papeis de polpa kraft branqueada Etapa 1e de polpa m arrom reciclada Etapa 2 par biorreator ana

erobio amembranas BRAN e comparar o desempenhodeste sistema de tratamento tom o biorreator anaerobio

conventional WRAC sob diferentes tempos de detenCaohidraulica TDH e portanto diferentes cargos organicosvolumetricas COV Foram analisados os seguintes parametros demanda quimica de oxigenio DQO demanda

bioquimica deoigenio DBOa solidos suspensor totais

SST turbidez pH alcalinidades total e bicarbonatoacidos organicos volateis durezas total e calcio condu

tividade eletrica Na Etapa 1 ambas as configuraroes

apresentaram boa remoraode dureza total Um ligeiroaumento no pH e na condutividade foi observado Estes

resultaclos indicam que o BRAIvi tem vantagens sobre o

Keywords Anaerobic treatraaent paper machine ul

trafzZtratior membrar2e white water

aesracr

The purposes of this work were to verify the treat

ment capacity arzd the possibility of removing organicsubstances aazd contarrarnantspresent in white water

coringfrom paper prodatction using bleached krafl pulpPhase 1 andfroarz reccledbrown pulp Phase2hy an

aruterobic rrrerrrbrane bioreactor AMBR and to compare

the performance of this treatment system to that of the

anaerobic conventional bioreactor AGBR at different

hydraulic retention times HDT and therefore different organic loading rates OLR The followingparam

eters were analyzed chemical oxygen demand GODbiochemrealoeygen demand HODS total suspendedsolids TbSJ turbidity pH total alkalinityticarboncite

alkalinity volatile organic acids total hardness calcium

hardness andelectric conductivitz Zn Phase 1 both con

faguraiionsshowed good toralhardness removal A slightincrease inpH and in electric conductivit was observed

These results indicate that the iIBR has advantages

Reterencias dos Autores Authors retererrces

Laboratorio de Celulose a Papel Depaitamento de Engenharia Florestal Universidade Federal de Vigosa Vicosa MG tel3138992717 tax3138992490

homepage httpalwwwlcpuivbr I Pui ardapauhcrarcrycaarrerci ia rrizr r rq Fedcralrr2rrry aIlvx ilca rr 2l i8y92717fax31389324311 nomeaeittoroulcprrtvrEmails Ana Paula Santana Loures aploures@vicosautvbr ClaucJio Mudado Silva mudado@ufvbrMatheus Ribeiro Coura matheuscoura83hotmailcom

Ismarley Laye Horta Morais ismarleyCYricosautvbr

0N

0

L

W

O

tratamento anaerobio convencional na recuperacaode

agua branca tratada especialmente devido a completaremorao dos solidos suspensor e ao conteudo organicomuito baixo presente no efluente do BRAM Entretantoos valores ainda altos Para dureza total e condutividade

eletrica no efluente nao removidas pelo processo de

biotratamento podem tornarse um empecilho Para um

circuito de agua branca completamente fechado Na

Etapa 2 a agua branca se mostrou nao adequada Para o

tratamento anaerobio provavelmente devido a geraCaode acidos organicos volateis que impedem a manuten

cao do pH ideal Para os microrganismos no interior do

biorreator Ambas as configuraroes apresentaram bai

xa eficiencia de remoaoPara parametros como DQOturbidez e dureza Para SST observouse que o BRAM

apresentou desempenho superior ao BRAG

oN

0

C

INTRDDUADDiversos sao os motivos que tornam vantajosa a

recircularao dos efluentes de maquinas de papel deno

minados agua branca A reciclagem de agua no interior

da fabrica permite a recuperaraode materiaprima e

reagentes quimicos Thompson et al 2001 alem de

reduzir a geraCao de residuos solidos e os custos associa

dos ao sea tratamento e descarte A remocaoda materia

organica biodegradavel com processor anaerobios une

n tratamento dos efluentes com a produraode energiaoferecendo uma rasa oportunidade de um retorno pa

tencialmente positivo do capital investido no tratamento

e a minimizarao dos custos operacionais Membranas

ultrafiltraaopodem ser convenientemente acopladas a

um rector biologcco para perm itir o cumento do tempo de

retenaodos s6lidos e melhorar a eficiencia do tratamen

to Assim reatores anaerobios incorporando ultrafiltra

aocomo etapa de separaaodenominados biorreatoree

anaerobios a membranas tem sido aplicados para reter os

s6lidos completamente e melhorar o efluente Elmaleh e

4bdelmoumni 1994 Choo e Lee 1996Verificandose a lacuna existents em relacaoa ope

racionalidade e viabilidade de um sistema de tratamento

anaerobio especificamentepara aagua branca da m aquina de papel principalmente em condioes tipicas e reais

de operarao de uma fabrica nacional o principal objetivodeste trabalho foi verificar a tratabilidade e a possibilidade de remoCao de organicos e contaminantes presentee

na agua branca por biorreator anaerobio acoplado cam

membranas de ultrafiltraaoBRAM e comparar o de

sempenho deste sistema de tratamento com o biorreator

anaerobio convencional BRAG sob diferentes temposde detenao hidraulica TDH e consequentementediferentes taigas organicos volumetricas COV

over the convenhonal anaerobic treatment in terms

ofrecoeryof the treated white water especially clue

to the complete removal ofsuspended solids and the

very low organic content present in theR1BReuent However the still high values of total hardness

and electric condractivity in the effluent not rEmoved

by tlae biotreatment process may become a drawback

for a fully closed white water circuit In Phase the

white watersdaowedtobe urzsuitableforthe anaerobic

treatment probably due to lice volatile organic acid

generation making impossible to maintain the optimumpHfor the microorganismsrnside tl2e hioreactor

Both cor2figurationspresented low remoingejaciencyforparameters such cis CCD turbidity andhardness It

was obserued that for TSS tlae AIIBR showed a better

performance than the 4CBR

INTRaDUCTItTN

Several are the reasons why recycling that paper

machine eff2uent called white water hecornes an ad

vantageous p1ocedure beater recycling within the mill

allows recovering raw naatezaland chemical reagents

Thompson et al X001 besides reduciragsolid residue

generation andthe costs associated with their treatment

arad disposal The biodegradableorganic matter remov

al by anaerobicprocesses combines effluent treatment

with enemy production ffer7ng a rare opportrraity ofa

potentially positive return of the capitalilested in the

treatment andthe minimization ofthe operational costs

Ultraflfration membranes can be conveniently coupledto a biological recacto to allow increasing the solids

retention time and enhancing the treatmeni efficiencyThrrs anaerobic reactors incorporating ulirafzltrationas separation step calledanaerobicmembrane bioreac

tors have been applied to retain completely the solids

and to imprare the effluent Elmaleh andAbdelmoumni1998 Choo cand Lee 199FCorasiderirag the gap existing with regard to op

erativeness and1iabdity ofan anaerobic treatment

system specifrcahy for the paper machine white

water especially under typical and actual operatingconditions of a B7azilian mill the main purpose ofthis work was to verify the treatment capacity and

the passibility of removing olganie substances and

contaminants present in white watef by means ofan

anaerobichioreactor coupled to ultraJilationmem

branes Al1BR and to compare the performance ofthis treatment system with thatfthe anaerobic con

ventional hioreactor RCBR at different hydraulic

retention times HDT and consequently cat different

organic loading rates OLR

MATERIAL E METOOOS

O presente trabalho foi concluzido no Laboratorio

de Celulose e Papel do Departamento de EngenhariaFlorestal da Universidade Federal de Viosa UFtiirosa MG

Etapa 1

O sistema de tratamento biologico adotado eonsistiu

de biorreator anaerobio conventional BRf1C seguidopor decantador ambos confeccionados em escala de

bancada Na concepaotom o modulo de membrana de

ultrafiltraCao BRIvi este foi introduzido no decan

tador O periodo de Goleta de amostras foi dividido em

diferentes fries a Fase 1 caracterizada pelo tempo de

detenrao hidraulica TDH de 27h e a Fase 2 pelo TDH

de 9h Tabela 1 aproximadamente temperatura media

do biorreator apresentou ealores relativamente proximos

272 a 285C Tabela 1 caracterizando temperaturas na

faixa mesofilica Tchobanoglous e Burton 1991

Sistema de tratamento

O biorreator anaerobio e o decantador itens 4 e 7

respectivamente Figura 1 foram confeccionados em

policloreto de vinilaPC diametro nominal de 100

mm tom volume util de 3080 mL e 1590 mL respec

tivamente Para promover a agitarao do lodo depositadona parte inferior do reator evitando dessa forma a ge

raao de uma manta compacta de lodo ou de caminhos

preferenciais a serem percorridos pela afluente dentro da

manta de lodo foi instalado um agitador item 6 Figura1 acionado diariamente constituido par motor para

girar uma haste Tonga tom pas em sua extremidade O

biorreator anaerobio foi revestido externamente tom la de

vidro coma forma de isolamento termico efoi instalado

MATfR1AL AND METHODS

The present work was conducted ira the Pulpand Paper Laboratory of the Departaaent ofForest

Evzgineeaingof the Federal ITniversity ofTiosatFhhgosa SIG

Pla ase 1

Tlae biological treatment system adopted consisted ofan anaerobic coaaverational bioreactor 4CBR followed

by a decanter both benchscale made I2 the concept

with the ultrafrltration membrane modarle 311i1BR the

latter was introduced into the decanter The sample col

lectxora period was divided into different phases Phase

1 being characterized by the hydraulac reteratioa tzrrze

HDT of2hand Phase 2 by the HDT of 9h Table1 approwimatlyThe caverage bioreactor temperatureshowed relatively close values 27 to 245C Tole

1 cdaaracteriziagtemperatures ira the naesophilic range

Tchobaraoglous a2dBurto21991

Treatment system

The anaerobic bioreactor grad the decanter

items 4 grad 7 respectiely Figure Ihayebeen

manufactured ofpolyvinyl chloride PYCJ ith a

nomiaaal diameter of1 DO rnm and a useful volume

of300 mL arad1590 mL respectively To promote

stirrirag of the slardge deposited ora t3ae reactor bot

tom thus avoidiragformation ofa corrapaet layer ofsludge orchan2elling to be travelled oven by the

affluent within the layer ofsludge a daily activated

agitator iterrz Figure 1 was installed compris

ing a auotor to rotate a brag rod with blades at itr

end The anaerobic1ioreactor was externally cov

ered with glass wool as thermal irasulcrtion and a

0N

0vL

WtO

Tabela 1 Condiroes operacionais do sistema de tratamento nos Fases 1 e 2 para o biorreator anaerobio conventional BRAG a para o bior

reatoranaerobio a membranas BRAN tratando agua bronco da maquina de papel produzindo papel kraft branqueado Etapa 1Table 7 Treatment syster7l operating conditions in Phases 1 ard 2 for the anaerobic conventional bioreactor ACBf1 and the anaerobic

membrane bioreactor AMBRJ treating white water coming from a paper machireprodercing bleached kraft paper Phase

1J

11

6

F

9

r

9

1 Sistema tle aquecimento tle afluente

Atuert ltratirnsstFrn

2Agitador magnetico ayr7etic agitator

3Bombe peristaltica I Peristaltic pump

4 Biorreator anaerobic Irraervbic bivreacfvr

5Termometro digital Cligita tirermvmeter

6Ag itador l Asiittvr

7 Decantador Decanter

8Manbmetro l PressurE garrge

9 Recipiente tle coleta tlo efluente tratatlo

iralrcreiiuericrlleciirrtt rasa

10 Recipiente de coleta do transbordo

Ctvt trtrv otleciatssc

11 Termometro de maxima e minima

BXirIiR1aili7 rriiiiiri tli2ii711nirr7

Figure 1Sistema de tratamenta biolbgico iigure i Biological treatment system

termometro digital item 5 Figura lj para mediraoda

temperature em seu interior

O Sistema de aquecimento do afluente item 1 Figura1 e Figura 2 foi construido a partir de Bois caldeiroes em

aluminio inseridos um no outro o menor tendo capacidadecle 4 L item 2 Figura2 e o maior de 6 L item 3 Figura 2No esparo entre ambos e em espiral ao redor do Caldeirao

menor foi colocada a resistencia de 1SOOW epos passer

internamente para evitar curto circuito por mangueira de

silicone previamente furada para possibilitar a entrada do

oleo vegetal no qual a resistencia permaneceu imersa item4 Figura 2 Este estrutura foi entao fixada em suporte

digital thermometer item 5 Figure 1 was installedin order to measure the temperature ire its inside

The afftaent Iaeating svstem item 1 Figure 1 and

Figure 2 was built from two aluminium kettles fittedinto orze another thesrraller one with 4 L capacity item2 Figure 2J arzd the larger one for holding Lrtern 3

Figure 2 TheISOOW resistance was installed ire the

gap between them spiralling around the smaller kettle

after passing internally to avoid a short circuit througha silicone hose previouslydrrlledto allow vegetable oil to

flow in ire which the resistance remained immersed item

4 Figure 2 Then this structure was fixed to a support

00N

0

u

C

1 Ague Branca em agitapaoltiite 6Tatci iR figitai0i

2Caldeirao menor 4L I Sma keitle 4L

3Caldeirao maior 6L l Large kettle L

4 Resistencia imersa em oleo vegetalresistarC2 rntrrtersed i r veyetaillG Ui

5Co ntrolador da temperature

Tmpetttucirttrcler

6Co ntrolador da velocidade de rotagaodo agitador magneticoLrra rirgitatu roaiirgscreed controller

7 Isopor viystyrene

systemigura2 Sistema de aquecimento do afluente I Fiqure Z Affluentheatini

especialmente fabricado para tambem incluir o controle de

temperature item 5 Figure 2 o agitadar magnetico item2Figure 1 responsavel por manter a Barra m agnetica em

agitaaodentro do caldeirao menor promovendo assima homogeneizaao doauente e o controle de velocidade

de rotarao do agitador magnetico item 6 Figure 2 En

tre o caldeirao maior e o suporte utilizouse isopor como

isolante term ico item 7 Figure 2O BRAC e o BRAM foram operados em sistem a continuo

alimentados por bombe peristaltica da marca Masterexmodelo EW 0752370com capacidade para 4 cabecotese uxo reversivel No total foram utilizados 3 cabeotesmarca Masterfiex modelo LC 0751400 o primeiro para

alimentar o biorreator o Segundo para promover a recircu

lacao do lodo do decantador para o biorreator e o terceiropara produzir um fluxo continuo de filtrado para o interior

des membranes

O modulo de membranes ocas submerses de ultrafiltra

ao foi o Zeeeed1Zt1Figure 3 unidade de teste de

bancada apresentando tamanhonominal de poro de 004m

absoluto de 01 me area superficial nominal da membrane

de 0047 mz O modulo foi operado sob Ouzo continuo e a

limpeza para desentupimento des membranes foi realizada

com fregtiiencia de uma a dugs vezes por mes utilizando

apenas um jato de ague de alta pressao

Alimentaaoaqua brancaForam utilizadas amostras da ague branca gerada por

fabrica de celulose kraftbranqueada integrada com produrao

specially manufactured to include as well the tempera

ture control item S Figue2 the magnetic agitatoritem 2 Figure 1 J responsiblefor keeping the magneticrod in agitation inside the smaller kettle thus promot

ingajluent homogenization and the magnetic agitador

rotating speed control item Figure 2 Polystyrenewas usedasthermal insulationbetween the largerkettleandthe support item 7 Frgure 2

The ACBR and the A1tilBR were operated in con

finuous regime and fed by an Ebf 0752370model

l7astetflex pefistaltrc purrrp with capacity for 4

heads and reversible flow Altogether three LC

075100 model llasterjlex heads have been usedthe first one to feed the bioreactor the second one

to recirculate the sludge from the decanter to the

bioreuctoi and the third one to produce a contirzu

ousfiltrate flow into the membrane inside

Tlae submersed hollow ultrajiltration mem

brane rrcodule was Zee WeedIZW1Figure 3a bench test unit presenting a aonainal pore size

of004 um absolute f01 Cm arad a rzomiraal

membrane surface area of0047 m2 The module

was operated under continuous jlow and clewing

for merrabrane unclogging was carried out once or

twice a month using just ahighpressure watejet

Feeding white waterThe samples used wereofwhite wate generated by a

bleachedkrafipulp rraill integrated with paperproduction

175 mm

i

Tul7n do

3 conneetraag pape

0N

0

L

WI

O

Figure S Modulo de membrane de ultrafiltraao1 gure 3 Ultraflltration membrane

module

de papel que utiliza Eucalyptrss spp Como materia primaAs amostras foram coletadas com a maquina de papel em

condiroes normais de funcionamento postal em bombonas

plasticas de 50 L de capacidade e encaminhadas a temperature ambiente ao Laboratorio de Celulase e Papel onde

foram estocaclas em Camara frig a 5C

Na alimentacao foi adicionada diariamente a suplementaCaa de nutrientes com base na DQO sendo a relaraoDQONPequivalente a 35051 Chernicharo 1997 Rintala

e Puhakka 1994 O nitrogenio foi adicionado na forma de

ureic CHgNZO e o fosfora na farma de 1VIAP KH3P0

00N

0

C

Lodo

Inicialmente o BRAC foi inoculado com 24L de Lodo

proveniente da ETEVioleira operada pela empresa SAAE

localizada na zone rural do municipio de Virrosa IviG onde e

utilizado o processo anaerobicPara tratam ento dos efluentes

domesticos gerados pela comuniclade de1500 pessoas

Analises fisicoquimicasAs analises fisicoquimicas do afluente e do efiuente

realizadas foram

demanda quimica de oxigenio DQO metodo 5220 D

metodo colorimetrico de refluxo fechado

demandabioquimica de oxigenio DBOS metodo 5210

B teste de DBO com 5 dialsolidos suspensas totais SST metodo 2540 D solidos

suspensos totais secos a 103105Cturbidez metodo 2130pH metodo 4500alcalinidade total AT alcalinidade bicarbonato AB

e acidos organicos volateis AOV metodo Kapp e metado

2320 B metado titulometricodureza total DT e dureza calcio DCa metodo 2340

C metodo titulometrico com EDTAJcondutividade eletrica CE metodo 2510

Todas as analises fisicoquimicas faram feitas de acordo

cam os Standard Nlethocls far the Examination ofhater and

trastewater APHAAt1A11EF1998 As amostras cujasanalisesnao faram realizadas no proprio die da Goleta faram

preservadas de acordo com recomendaCao dos standards

citados

Etapa 2

O sistema de tratamenta biologico aclotado consistiu

de biorreator anaerobic convencional BRAC ao qual foi

unido o decantador confeccionado em escala de bancada

Na concepaocam o modulo demembrane de ultrafiltraraoBRAN este foi introduzido no decantador O periodo de

Goleta de amostras foi dividido em diferentes fases sendo

a Fase 1 caracterizada pelo tempo de detencao hidraulica

using Eracalyptrs spp as raw material The samples were

collectedwhen the paper maclain was under nornurl oper

ating conditions intoplastic carbczs Huth 5DL capacity arrd

sent cat ambienttemperature to the Pulp andPcaperLaborator where they were stored at 5C in a cold chamber

Atfeedira the CCAD basednutrrentsupplemeratatiorrwas dail added the CODNPratio being equivalent to

35051Chernichcard 1997 RintalaandPuhakkc 19941Vitrogen was added in the form of urea CH2OJ ar2d

phosphorus in the form of1UlAPKHPU

Sludge

Inihcally ACBR was inoculated itla24 L ofsludgecomingfrom ITOleira Effluent Treatment Station oper

ated by the SAAE compar2 located in the rural zone

of the municipality of VCosa Iti1G which adopts the

anaerobicprocess io treat t1eclotnestic efuents gener

ated by tdze cornmur2ityof1500people

Physicochemical analysesThe physicochemical affluent and effluent anal

yses carried out were

chemical oxygen demand CUD method

5220 D colorimetric closed reflux methodbiochemical oxgen demand BODE method

5210 B 5davBOD tests total suspended solids TSS method 2540 D

total suspended solids dried cat 103105C

turbidity method 2130

pH method 4500

total alXalir2ity TA bicarbonate alkalinityBA and volatile organic acids TrUA Kapp meth

od anc method 2320 B titrinaetric methods Total hardness TH and calcium hardness HCa

method 2340 C titrimetric method with EDTAJeleciric condrrct7wity EC metl2od 2510

All physicochemical analyses were carried out ac

cording to Standard1Iethods for the Examinaiion ofldater and YTrasiewater APHA AldlUA FTEF 1998Samples which have notbeen subnarttedto analysis in the

very day ofcollection have been preserved irr compliancewith their recommendation

Phase 2

The biological treatment system adopted consisted

ofan anaerobic conver2tioncrl bioreactor 4CBR with a

benchscalemanufactured decanter connected to it In the

concept with ultrafiltration membrane module A1fBRthe latter was introduced into the decanter The sarraple

collectingperiodwas divided intodierentphcases Phase

1 being characterized by the hydraulic detention time

Ta6ela 2 Condioesoperacionais do sistema de tratamento nas Fases 1 2 e 3 pare o biorreator anaerobic conventional BRAG a Para o

biorreator anaerobic a membranas BRAN tratando ague Branca de maquina de papal produzindo papal reciclado Etapa 2Table 2 Treatrnetsystenoperating conditions in Phases 1 2 ar7d 3 for the anaerobic cnraventioralbioreetctnr AtBJ arlc file anaerobic

t

TemperatureAlimentarao eeirrBiorreator Bioreactr

C

C

351

347

351

353

354

393

354

374

356

351

356

352Vazao Fior I d 923 828 459 452 268 274

TDH ii d 70 78 140 146 239 234

CHV Vft m3 m3 d 346 310 172 169 100 103

COV CLR kgQQO m3 d 1483 1343 812 798 469 479

TDH de 7h a Fase 2 pelo TDH de 14h e a Fase 3 pelo TDH

de 23h Tabela 2 aprotim edam ante tam peratura m edie do

biorreator apresentou valores relativamente prc5ximos 347a 39EC Tabela 2 caracterizando temperatures na faiza

mesofilica Tchobanoglous e Burton 1991

HDT ofh Please by a HDT of14h andPhase 3 by a

HDTof3hTable 2 approxirraately The averageb7ore

actortemperature presented relativeh close values 347to 393C Table characterizing temperatures in the

traesophilic range Tchobanoglous andBurton 1991

Sistema de tratamento

Para operarao em paralelo foram confeccionados 2 novos

biorreatores anaerobios tom decantadores fazendo parte de

sue estrutura em policlareto de vinila PVC diametro no

minal tle 100 mm tom volume util de2670 mL e 574 mL

respectivamente Figure 4O aquecimento tanto da entrada quanto dos biorreatores

foi realizado por meio de aquecedores de aquario tom resis

tencia tle 100 W tom temperature controlada por termostato

digital marca Full Gauge modeloTIC175

Treatment system

To operate inparallel 2 raew anaerobic bioreactors

with decanters belonging to their structure Dave

been manufacruredofpolninylchloide PVi with a

nominal diameter of100 mm andused volumes oft X70

mL and 574 mL respectivel FigureBoth inlet and bioreactor heating was carried

outby usirsg aquarium heaters ith l OOtdl resis

tance the temperatureotwhich was controlled bya TIC17Smodel Full Gauge digital thermostat

1 Sistema tle aquecimento tla alluente

I ti1lci7trie2iRll SIrFIe71

2Bombe peristaltica Perrsritrcpump

gf

3Biorreator anaerobic a membranas BRANvdci2Dil11crTLrldReurelriOrf7ij

4 Biorreator anaerobic conventional BRAGr Ar22hCCaverir1aGiCeacCrjfCBP

n 5Termometro digital Diprtultherrometer

1y

E6Termometro de maxima e minima

5 rliaxinrrnrinrrrmunterrcmeier

107 Controladortle temperature

46

lElrpeiafTe e0r1I0er

S Motlulo tle membranas tle ultratiltra as4

t11

larrtion rrerrlt rcn1

i p 9 Manometro Pressure gauge

10 Recipiente tle coleta tla etluente tratatlo

r2IiGettfileit000LGIIRyVBSSBI11 Recipiente de coleta tlo transbordo

l lrriti1Gtd1iiFSSt1

0N

0

W

0

Figure 4 Diagrama esquematico dosfiorreatores anaerobios i figure 4 Schematic anaerobic biareactor diagram

O BRAC e o BRAM foram operados em sistem a continuoalimentados por bombe peristaltica da marca Masterflexmodelo EW 0752370com capacidade para 4 caberotes e

fluxo reversivel No total foram utilizados 3 caberotes marca

Masterflex modelo LC 0751s00 o primeiro e o Segundopara alimentar os biorreatores o terceiro para produzir um

fluxo continuo de flltrado para o interior des membranas

O modulo demembranas ocas submerses de ultrafiltra

Cao foi o ZeeWeed1ZV1Figure 3 unidade de teste

de bancada com tamanho nominal de poro de 004m

absoluto de 01 m e area superficial nominal da mem

brane de0047 m Foram utilizados 2 modulos identicos

que operavam sob fluxo continuo em turnos de aproximadamente 12h cede A limpeza para desentupimento des

membranas foi realizada diariamente com iato de ague de

alta pressao para a remorao grosseira dobiofllme aderido

e soluao de hipoclorito para efetitira limpeza

oN

0

C

Alimentagao aqua brancaForam utilizados amostras de ague branca gerada por

fabrica de papel reciclado que utilizepolpa m arrom reciclada

comomateriaprima As amostras foram coletadas comama

quina de papel em condiroesnormais de funcionamento em

bombonas plasticas de 50 L de capacidade e encam inhadasa temperature ambiente ao Laboratorio de Celulose e Papelonde foram estocadas em camera frig a 5C

Na alimentarao foi adicionada diariamente a suplementaCao de nutrientes com base na DQO sendo a relarao

DQONPequivalente a 35051 Chernicharo 1997 Rintala

e Puhakka 1994 O nitrogenio foi adicionado na forma de

ureic CHgN2O e o fosforo na forma de MAP KH3P0

Lodo

Osbiorreatores foram inoculados com o lodo utilizado na

Etapa 1 do experimento

AnalisesfiSicoquimicasAs analises fisicoquimicas do afluente e do efluente

realizadas foram

demanda quimica de oxigenio DQO metodo 5220 D

metodo colorimetrico de refluxo fachadosolidos suspensos totaisSSTmetodo 2540 D solidos

suspensos totais secos a 103105Cturbidez metodo 2130

pH metodo 4500alcalinidade total AT alcalinidade bicarbonato e

acidos organicos volateis AOVmetodo Kapp e metodo 2320

B metodo titulometricodureza total DT e dureza calcio DCa metodo 2340

C metodo titulometrico com EDTAcondutividade eletrica CE metodo 2510cor real metodo 2120 C metodo espectrofotome

trico

The ACBR andtheIBRwefe bot3z opeatec irz con

tinuoaas regime fed by anEtT0752370modeZllasterflea

peristalticpump with capacrtyfor 4 heads and reversible

flow Altogether three LC 0751800model Masterflexheads hcnebeen urea thefrstandthe secondone tofeedthe bioreactors and the third one to produce a contirnous

filtrateflow into the membrane inside

Tlae submersed hollow ultrafiltration membrane

module was ZeeYTeed1ZYT1Figure 3 a bench

testunit presenting a nominal pore sizeofOOum

absolute f01um anda nominal rnembranesurfacearea of0047 m Two identical modules were used

operating under continuous flow ire shifts ofabout12h

each Cleaningformembrane unclogging was carried

outevery day by using ahighpressure water jet forcoarse adhered biflrn removal arad lzypochloritesolutionfor effective cleaning

Feeding white eaterThe samples used were ofwhite water generated Iiy

a recycled paper Weill using recycled brown pulp asraw

material The samples were collected when the paper

machine was under normal operating conditions into

plastic carboys with SOL capacity and sent at ambient

temperature to the Pulp and Paper Laboratory where

they werestored at5C in a cold chamber

4tfeedintheCDbasedrzutrientsupplemerrtcation was daily added tlaeCOD1vrPratr obeingequivalent to35051Chernicharo 1997 Rir2tala andPuhak

ka 1994lvitrogen was added inthe formofurea CH4NOJand phosphorus in the form ofMr3PH

OSludge The bioreactors were inoculated with the

sludge used in Phase 1oftheexper

inaerztPlaysico cherraicalanalyses Thephsico chemical affluent and

effluentaraaly ses carried out

were chemical oxygen demand CAD

method 5220Dcolori metric closed ref7uxmethod total suspended solids TSS method 2540

I9 total suspended solids driedat103105Cturbidity method

2130 pHmethod

4500 total alkalinity TA bicarbonatealkalinity Aand volatile organic acids VOA Kapp

meth odandmethod 232013 titrimetrumethod total hardness THJandcalcium hardness

HCa naeihod 2340Ctitrimetric method withEDTA electric conductivity ECmethod

2510 real colour method 2120Cspectr

ophaiametricmethod

Todas as analises fisicoquimicas foram realizadas

de acordo com o Standard Iviethods for the Examination

of Water and Wastewater APHA AWWA WEF 19984s amostras cujas analises nao foram realizadas no

proprio ilia da Goleta foram preservadas de acordo com

recomendarao do Standard citaclo

RESULTADOS E DISCUSSAD

Etapa 1

O monitoramento da estabilidade operacional do sistema

de tratamento visa avaliar a existencia de sinais de que a fer

mentaraoacida posse passer a prevalecer sobre a fermentarao

metanogenica com o consegiiente azedamento do biorreator

Nesse sentido e importante determiner o pH a alcalinidade e a

concentraraode acidas organicos volateis na saicla e comparalos com os da entrada masnao visando calcular a eficiencia

de remoraodestes parametros

Comparandoseos valores de pH encontradas no presentetrabalho Tabela 3 com aqueles reportados na literature Chernicharo1997Tchobanoglous e Burton1991percebeseque

nao ocorreu o azedamento do conteudo do biorreator pois o

pH se manteve ligeiramente alcalino tanto na entrada quanto

na saida do sistema de tratamento Entretanto observese

iguahnente que estes valores se encontram acima do limite

superior 74 a 78 da faixarecomendada

Os valores medios de concentrarao encontrados pare alcali

nidade total AT na alimentagao Tabela 3situaramseabaixo

da faixa de1000 a5000 mgLTchobanoglous eBurton1991

Doponto devista operacional se a alcalinidadefor geradaapar

411 plzysicochemical aaaalyses were caaried out

according to Standardlllethodsfor t1eExarnina

tion of Water aaad Wastewater APH4AJILTrA WEF199c4 Samples whichhenotbeensubmitted to

analysts in the very day ofcollection have been pre

served an compliance wit3a t3aeir recommendation

RESULTS AND DISCUSSION

Pla ase 1

Monatoriwag thetreataraentsystem operating stabilitaims

to evaluate whether tkaere e sighs tlacattlae acidferrraentationmcav come to privail over the methanogenic fermentatio7with the consequent biorracior acidcatiora In this respect

itbeconaes irraportant to determine the pH the alkalinity and

the concentration of volatile organic acids at the outlet

and to comparetlerra with tie inlet ones but notarming to

calculate the removing efJicienc ofthese parameters

When comparing t3ae pH values found in the present

work Table 3J with those reported in literature Cher

aaicharo 1997 Tchobanoglous and Buaton 1991 it

can be observed ilaat bioreactor content aeidifacatrondid notoccur cis the pH kept slaghtly alkaline cat both

treatment systera2 inlet and outlet However it care be

also obsenedthat these values are above the upper

limit 7 to 78 of tlae recomnaeailedrange

T1ae erage concentration valuesfoundfor total alka

liraitaTAatfeeding Table weresituatedbelow the range

ofI 000 to 5000 mgL1Tchobanoglous andBurton 199IFrom the operational point ofiiet ifalkalinity isgeraerated

Tabela 3 pH alcalinidade total AT alcalinidade bicarhonato AB e acidos organicos volateis AOV nos Fases 1 e 2 Para o biorreator

anaerobio convencional BRAG a pars o biorreator anaerobic a membranes BRAN tratando ague Branca de maquina de papel produzindopapel kraft branqueado Etapa 1 I Table 3 pH tafa alkalinity TAJ bicarhnatealkailnit BAj and volatileoranir acidslOA in Ptases

and 2 for the anaerobic conventional bioreactor ACBR and the anaerobic arrembrarebioreactor AMBR treatig white vater frown a paper

machhaeraoucingbleached kraft laalaer Phase

r e i

pHEntrada riei 781 008 796 014 793 011 798 007

Saida Otatiet 788 011 808 010 778 018 759 015

AT ti

Entrada Inlet mgCaC03 L 493 105 626 372 217 63 262 75

Saida Outlet mgCaCO L 247 14 204 39 291 59 237 15

AB BA

Entrada rlet mgCaC03 L 468 104 612 372 182 68 228 75

Saida Orrtlet mgCaC03 L 236 15 197 38 269 45 231 15

AOU IIDA

Entrada rret mgHAc L S1 9 28 16 70 16 67 14

Saida Outlet mgHAc L 22 3 15 4 44 31 12 6

0N

0

L

W

O

tin doafluente Comonopresente case e desejavel a manutenaode elevados niveis de alcalinidade no sistema porque elevadas

concentraroesde acidos volateispoderiam ser tamponadas sem

ecasionar a queda substancial do pH Chernicharo 1997

Comparandose os valores medios de concentraaoen

centradospara alcalinidade bicarbonate AB Tabela 3 com

aqueles reportados para AT percebese que a alcalinidade e

devida quase em sua totaliclade ao bicarbonate HCO3 for

mado nareaaodo carbonate de calcio CaCOcom o dioxide

de carbono COz em meio aquoso HZO O CaCO3 e um dos

pigmentos que contribuem para uniformidade e capacidade de

absorae de tinta da superficie do papel a ser impressa e pelaaparencia do predate grafico final sendoper isso adicionado

no processo de formarao da folha de paperOs valores medios de concentraraoencontrados para

acidos organicos velateis AOV na alimentarae Tabela 3situaramseabaixo do valor 250 mg L Tchobanoglous e

Burton 1991O monitoramento da eficiencia do biorreator anaerobio

precura estabelecer o andamento do processo biologicopropriamente dito em termos da eficiencia de remorae de

constituintes indesejaveis a partir da determinaao de suns

concentraroes na entrada e na saida do biorreator

O efluente da maquina de paper utilizadona Etapa 1 da

pesquisa possuia uma concentraaode DQO e de DBOSTabela 4 tipica de efluentes de maquinas de paper que

utilizam fibras virgens branqueadas na produraode paper

00N

0

C

from the ff2uent s in tlpresent case it is desirable that

high alkalinity leielsare kept in theasZem because dzighconcentrations fvolatile acids might be bltffered without

causing tlae pH to drop substantially Chernicharo 1997iirhen comparing the average concentrazonvalues

foundforbicarbonate alkalinity B1 Vile 3 with those

reportedfor T4 it cart be observed that alkalinitiis duialmost all of it tobrcarbonateHCO3formed in the

reaction of calcium carbonatetaCO3 with carbon di

oxide CO2 in an aqueous environment H2O CaCC3

is one ofthe pigments responsible for uniformity andrnk

absorption capacitti ofthe paper surface to beprinted as

well asfor the appearance ofthe endgraphicprod7rctand

therefore it is added in thepaper web forming process

The average concentration values fouradforvola

tile organic acids hOA at feeding Table 3 were

situated below the value 250 mgL Tchobanoglolrsand Burton 1991

Araaerobicbioreactor effacierrcy monitoringtries

to establish the course of the biological process

itself in terms ofeffciency to remove undesirable

constituents based on the determination of their

concentrations at biorecactor inlet and outlet

The paper machine effluent used in Fhxse 1 ofthe research had a concentration ofCdD and BDDsTable J typical of effluents ofpaper rraachines us

ing bleached virgin fibers for writing and printing

Tabela 4 Demandaquimicadeexigenio DG10 demanda bioquimicadeoxigenio no5dia DBflS solidossuspensostotais SST turbidezeeficiencia

de remogao nos Fases 1 e 2 para a biorreator anaer6bio canvencional BRAG a para a biorreator anaerobio a membranas BRAN tratando aguabronco de maquina de paper p roduzindo paper kraft b ranqueado Etapa 1 Table4 Chemical oxygen demand COD biochemical oxygen demand

nfe5ir rBr7n ntJ d dsclrsSS furrditam r7cving efficiency in Phases l and 2 for the anaerobic convenfional bioreactor

4CBr bi i i tr r 1 ingble h13ft prtrf 1

1

DQO bruta I

3

Entrada irle mg L 274 80 368 145 456 215 289 43

Saida Ouflet mg L 89 5 28 7 107 36 60 13

Eficiecial Efficiency 66 10 92 2 74 7 79 6

DBOF brutal Cross DBO

Entrada l infet mg L 174 50 228 121 132 21

Saida Ouflet mg L 8 2 63 24 24 9

EflCIenClal Etfrcerlcy 95 2 66 19 81 9

ssrl Tss

Entrada rlet mg L 645 184 945 614 222 83 247 102

Saida Cflit mg L 20 7 7 3 32 17 18 12

Eficiencial Efficiency 97 1 99 1 83 15 90 9

Turbidel Turbiditi

Entrada l Inlet UNT 1278 345 1692 1228 319 169 463 216

Saida Ouflet UNT 14 10 1 1 144 99 19 23

Efieiencia Efficienc 99 1 100 0 49 40 92 11

de imprimir e escrever A relarao DBOSDQO observadaem torno de 04 indite uma frarao biodegradavel elevada

e recomendaaa Para o tratamento biologicoDados tipicos para a remoCao de DQO para tratamento

de aguas residuarias de industria de papel utilizando pro

cessos anaerobios apresentam uma eficiencia de remogaode ate 0 Thompson et al 2001 Na Fase 1 constatou

se no BRAM uma elevada remarraa de DQO acima dos

valores de remoroestipicas dos processes anaerobios Ester

alter eficiencia devesesobretudo aos altos TDH e baixas

COV aplicados Ademais heave umaremocaobastante alter

dos SST Tabela 4 nests pretense o que reduziu a parcelader DQO particulada O BRAG obteve uma eficiencia de

66 na remorrao der DQO ou seja inferior a do BRAM

possivelmente devido a maior concentraaode SST no

efluente tratado e tambem devido a menor concentragaode DQO na alimentaao do sistema

Na Fase 2 observousetendencia de diminuirao do

desempenho do BRAM provavelmente devido a diminui

ao do TDH e ao aumento der COV Ja o sistema BRAC

apresentou maior eficiencia de remorao der DQO em

relaao a Fase 1 Este aumento deveusesobretudo ao

aumento des concentraroes de entrada de DQO embora

o sistema nao tenha side afetado pela diminuiao do TDH

e pelo aumento der COV Evidenciaseainda na Fase 2uma tendencia de melhor desempenho do sistema BRAM

em relarrao ao BRAC

As mesmas consideracroes ja feitaspara aDQO sao validas

para a DBOSObserverse que ambers as conceproes de tratamento na

Fase 1 foram eficientes na remarrao de solidos suspensos

e turbidez Tabela 4 tierificaseigualmente que na Fase

2 a concepcrao BRAM apresentou tendencia a desempenhosuperior a conceprao BRAC comprovando o papel primarioc1a membrane em tun biorreator a membranes em fornecer

uma barreira contra on solidos suspensos connequentementedim inuindo a turbidez do tratado

Comparandose os valores medios de concentrarraoencontrados para dureza total DT na alimentaaoTabela

tom aqueles reportados para AT observerse que a DT

corresponds a alcalinidade sendo portanta classificada

come dureza carbonato A dureza carbonato e sensivel ao

calor causando precipitacrao em elevadas temperatures

Valores de concentrarao acima de 300 mgCaCO3 L sao

caracteristicos de aguas muito duns e valores entre 150 e

300 mgCaCO3 L de aguas duns Assim percebeseum

ganho em qualidade do efluente em relaCao ao parametro

DT notadamente na Fase 1 provavelmente devido ao

acumulo de inorganicos dentro do biorreator Este ganhoe importante se considerarmos umapossivel reutilizacaodente efluente no entente permanece o risco de incrus

taoes em equipamentos

paperproduction The observed BUDsCUD ratio

around 04iradicertes a high biodegradable frerctiorzand recommendation for biological treatrnerat

Typical data for CUD remoal for paper mill

residuary water treatment using anaerobicprocesses

presenter removing efficiency ofup to 80 Thompsonet al X001 In Phase 1 a high COD rerrroval above

the removing values typical ofernaerobicprocesses

was verified in theANIBR This high efficienc3 is dueabove all to the high HDT and low OLR applied In

addition there was er rather high TSS removal Table4 in this process whack reduced the particulate CDD

portion The ACBR achieved 66effrciency in COD

removal ie loUer than the Ali1BR one possiblydue to the higher eoneentrertiorz ofTSS in the treated

effluent as well as due to the lower concentration ofCUD at system feeding

IraPhase 2 a tendency towards er decrease inANIBR

performance wcrs observed probably due to the reduc

tzorz irz HDT errzd the increase in OLR while the ACBR

system presented a higher CUD removingeciencywhen cornperredtoPhase 1 Thisincreasewas due above

all to tlae increase in CUD inlet concentratrons althoughthe system has notbeen affectedby the reduction in HDT

andthe increase in OLR In Phase 2 a tendency towards

a better41IBRsystem performance as compared to the

ACBR system becomes also evident

The same considerations previously made with

regard to CDD apply to BODEItcan be observed that in Pdzase 1 both treatment con

cepts lacrve been efficient in removing suspended solids and

turbidity Table 4 Itwas alsofound out thatin Phase 2 the

IBR concept showed a tendency towards a betterperformance than the ACBR concept thus evidencing theprzmryrole played by the menabrerne in a naenabrane bioreector irz

teensofprrnn ding a barrzer against thesuspended solidsacrd

consequently reducing the turbiaty of the treated effluenttlrhen comparing the average concentration values

foundfor total hardness THJ atfeeding Table 5 to

those reportedfor TA it can be observed that TH eor

resporads to alkalinity and therefore it is classified as

carbonate hardness The carbonate hardness is heat

sensitive causing precipitation at high temperaturesConcentration values above 300 mgCaCO L are

elzaracteristie ofveryhard water and values ranging

from I50 to 300 mgCcrCO L fhard water Thus

an effluent duality gain is perceived with regard to

THparameter especially in Phase 1 probably due to

inorganic rraertter accumulation inside the bioreerctor

This gain rs irraportant when a possiblereutilraation

of this effluent is cor2sidered but there remains the

riskof equipment incrustations

0N

0

W

O

Tabela 5 Dureza total DT e dureza calcio DCa com respectivas eticiencias de remorao e condutividade eletrica CE nos Fases 1 e 2

para o bierreator anaerobic conventional BRAG a Para o biorreator anaerobic a membranes BRAN tratande ague bronco de maquinade papal produzinde papal kraft branqueade Etapa 1 Table 5 Total hardness TH and calciurz haniness HCrith respertide remov

ing efficiencies and electric conductivity EC in Pltaes f and 2 for the araerobic conventional tioreactor AGBRand the anaerobic

membrane bioreactor AMBR treating white wafer frorra paper machine producing bleached kraff paper Phase 11

i r

DTl

Entrada r1et mgGaGO L 462 53 877 467 310 70 355 81

Saida Outlet mgCaG03 L 199 12 230 30 298 42 254 13

Eficieneial Efficiency 57 6 64 20 13 13 28 13

DCa Nr

Entrada Inlet mgCaG03 L 236 100 809 461 275 64 309 80

Saida Outlet mgCaGQ3 L 149 17 185 33 259 42 191 20

Eficiencial Efficienc o 28 23 67 18 13 14 36 17

cEl

Entrada Inlet liS cm1 983 35 941 54 1317 23 1296 20

Saida Outiet 1S cm1 1207 38 1 A71 51 1421 74 1406 51

oN

0

C

Comparandose os valores medics de concentraraoen

contrados para dureza calcio DCa na alimentaCao Tabela5com aqueles reportados para DT verificasetendencia de a

DT sec devidabasicam ante acs ions calcio o qua era esperadodevido a adirao de carbonato de calcio CaCO no processo de

formacaoda folha de papal Como citado anteriormente

Os valores medics de concentraraoencontrados para con

dutividade eletrica CE na entrada foram inferiores aquelesencontrados na saida Tabela 510aumento da conduti idade

ante associado provavelmente ao processo de mineralizaraoda m ateria organica into e debiodegradaaocujo objetivo fi

nal e a produrao de CO2 independentem ante de suesviase sous

intermediarios metabc5licos e consegiiente solubilizacao

Etapa 2

Por se tratar de amostras compostas representatives de

um periodo de 24h de operaraodo sistema de tratamento

os valores de pH encontrados no presente trabalho na

entrada e na saida Tabela 6 podem ester infiuenciados

poi perch de dioxido de carbono para a atmosfera durante

ante periodo de 24h Os valores meclios de pH para os

biorreatores variaram de 629 a 639 estando abaixo do

limite inferior 65 a 70 da faixa recomendada

Os valores medics de concentracaoencontrados para

alcalinidade total AT na alimentacaoTabela 6 situaram

se fregiientemente abaixo da faixa de 1000 a 5000 mg

L Tchobanoglous e Burton 1991 Davese ressaltar qua

ante alcalinidade e resultado da complementaaotom hi

droxido de sodio

Comparandoseos valores median de concentraraoencon

tradospara alcalinidadebicarbonato AB na alimentacao Tabela com aqueles reportados para1Tpercebese a pequena

contribuioda AB para a alcalinidade total A relaaoAB

TThen comparing the average concentration values

found for calczumlzardraess HCa at feeding Table 5 to

those reportedfor TH a tendency towards TH beingbasi

cally due to ealciuna ions is observed which was expecteddine to the addition of calcium carbonate CaCO to the

paper web formingprocess asprezously mentioned

The average concentration values foundfor electric

conductivity EC at inlet were lower tXnthane fouled at

outlet Table S The increase irz conductivity is probablyassociated with the processoforganic matter mineraliza

tion iebiodegradationthefinalpurposeofwlaich isproductionofCOirdepenc7eratl ofits ways and its metabolic

irrtermediaies and conseueratsolarbiliahon

Phase 2

As composite samples representative ofa periodof24 h of treatment system operation were concerned

the pH values found in the present work at inlet sand

outlet Table may be influenced by the loss ofcarbon dioxide to the atmosphere durirag tdaisperiodof241x Tlae average pH valises for the bioreactors

rangedfiom 629 to 639 and were below the lower

lirrait 65 to 70 of the recommended range

TIeaverage concentration values found fortotal alkalinit3 TA at feeding Table 6 were oftensituated below the range of 1 000 to 5 000 mg L

Tchobanoglous and Suitors 1991 It should be

stressed that this alkalinity is aresrrltotsodium hydioxide supplementation

Wzen comparing the average concentraronvalues

fouadforbicarbonate alkalinityB4 atfeeding ficrhle 6 to

those reportedfor T4 it canbe observed thatBA contrabrr

iiora to total alltalinit is snsall TheBAlA ulkaliraity clue

Tahela 6 pH alcalinidade total AT alcalinidade bicarhonato AB e acidos organicos volateis AOV nos Fases 1 2 e 3 Para o bior

reator anaerohio conventional BRAG e para o biorreator anaerobia a membranas BRAN tratando agua bronco de maquina de papelproduzindo papel reciclado Etapa 2 fable 6 pltofal alkalinity TAj bcarboratealkalinity BAj acrd volatile organic acids VOAj in

Phases 1 2 acrd 3 for the anaerobic conventional bioreactor ACBRj acrd the anaerobic membrane bioreactor AMBR treating Uvhite

voter from a gager marhheproducing recycled lralrer Phase 2

BRAC I BRAN I BRAC I BRAN 1 BRAG 1 BftAM 1 AAB

TQH NTi h 70 07 78 09 140 09 146 25 239 08 234 07GOV lOA kgDQO m3 d 148 18 134 16 81 06 80 13 47 02 48 02

E ntrada

pH 773 139 1015 033 1083 038

AT TA mgCaG03 L 531 174 1088 179 653 108

AB mgCaG03 L 108 134 390 153 333 84

AOV V rA mg HAc L 910 261 1396 252 640 53

Saida

pH 607 072 610 091 796 019 802 028 774 034 812 018

AT rrA mgGaG03 L 818 111 725 109 1824 178 1735 207 1432 100 1482 65

AB ba mgCaC03 L 42 66 19 31 646 196 656 216 496 72 578 53

AOV lFfA mg HAc L 1662 111 1598 99 2356 243 2157 196 1871 88 1808 51

4A alcalinidade devido a acidos volateis apresentou o valor

media de 032 na Fase 1 OS8 na Fase 2 e 103 na Fase 3 De

acordo tom Ripley et al 198 citadoparChernicharo 1997valores de ABAAV superiores a 03 indicam a ocorrencia de

disturbios no processo de digestao anaerobia

Os valores medial de concentragao encontrados para

acidos organicos volateis AOV na alimentaao Tahela 6situaramseacima do valor 250 mg LTchobanoglous e

Burton 1991 e abaixo do valor 2000 mg L Lee 1993Nosefluentes tratados as concentraroesmedial de AOV apre

sentaram o menor valor de 1598 mgHAc LSegundo Field

e Sierra 2005 a toxicidade par acidos organicos volateis e

pH dependente sendo nao toxica a pH7080 A forma nao

ionizada e toxica eno cola do acetato e do propionato valores

entre 6lbmgAOV livre Lpodem sec toxicos para SO da

populagao microbiana

NaEtapa 2buscouseaumentar a cargo organica volume

trica afluente aos biorreatores Assim o efluente da maquinade papel utilizado na pesquisa possuia umaconcentragao de

DQO Tahela 7tipica de efluentes de maquinas de papel que

utilizam fibras de polpa marrom reciclado na produao de

papel Entretanto embora este efluente seja altamente biode

gradavel os biorreatores anaerobios apresentaram umabaixa

eficiencia de remocaoda DQO4s maiores remoroesmedics atingidas durante o experimento

foram 26iono BRAC e 38noBRAI4ambos durante a Fase 2

onde seregistraram igualmente os m aiores valares para a concen

traCao m ediadeDQO naentrada Estabaixa eficiencia de remoraoindica que a etapa final do processo de digestao anaerobia ousejaametanogenese nao foi alcangada Uma possivel explicarao para

to volatile acids rcatin presented D32 as average value in

Phase 1 D58ire Phase 2 and103 in Phase 3 Accordingto Ripley et al 1986 cited by Chernicharo 1997 BAl

AUR values higher than D3 indicate the occurrence ofdis

turbances inthe process ofanaerobic digestionTheaerage corrcentration values foundfor volatile

organic acidsTC9 at feeding Table 6ere situated

above 25D mg L1 Tchobanoglous and Burton 1991and below 2OOD rrrg L1 Lee 1993 In the treated

effluerais the average concentrations of 1jOA presentedthe lowest value of1 598 mgHAc L1 According to Field

andSierra 2005 toxiciti by volatile organic acids is pH

dependent and is nontoxic atpH DD The nonionized

form as toxic and in the cases ofacetate andpropionatevalues between 616mgTlOfreeL1muy be toxic forSD ofthe microbial population

In Fhase 2 it was tried to increase tGre organic

loading rate flowing to the bioreactors Thus the

paper machine effluent usedfor research had a con

centration ofCOD Table 7 typical ofeffluents frompaper machines using brown pulp fibersfor recycled

paper productzon However though this effluent is

highly biodegradable the anaerobic hioreactors

presented low COD removing efficienczThe highest erage rernrnalvalues reached during the

evperimentwere26intlaeACBRanc138inthet1BR both

durirrgPlurse where the higlrestaverageeoncenlrationvaluesofCOD at the irdet were also recorded This low removing ef

fzcierzcy indicates that thefarurl phase ofthe anaerobic digestion

process i e the methcrrwgenesis hay cwt been reached A pos

0N

0

W

O

Tabela 7 Demands quimica de oxigenio DQQ solidos suspensos totals SST a turbidez nas Fases 1 2 e 3 Para o biorreator anaerobic

conventional BRAG e para o biorreator anaerobic a membranas BRAN tratando ague Branca de maquina de papel produzindopapel marrom reciclado Etapa 2 I Fable 7 Chemical oxyrten demand COD fatal suspended solids TSS and turbidity in Phases 12 and 3 for tlrc anaerobic conventional biorractor ACBP and the anaerobic membrane biorractor AMBR treating white vater frcrr

a paper machine predating recycled brown paper Phase 2

BRAG I BRAN BRAG 1 BRAN I BRAG 1 BRAN IHriir

TDH I NTH h 70 07 78 09 140 09 146 25 239 08 234 07COV lOA kgDQQ m

3 d 148 18 134 16 81 06 80 13 47 02 48 02

E ntrada

DQO i1 mg L 4245 228 4717 163 4671 70

SST I T mg L 694 144 844 223 634 104

Turbidez Titrcrriy UNTlNT11 411 56 401 195 380 93

Saida

DQO CC mg L 3730 231 3121 207 3727 94 3196 141 3727 102 3207 80

SST TSS mg L 346 59 39 15 260 54 21 16 255 34 15 3

Turbidez Irrrdrty UNTIPITU 622 140 316 283 529 224 299 249 455 85 146 168

00N

0

C

os baixos valares encontrados pode sex a diiiculdade em msnter

o pH adequado e proximo ao neutro na entrada do sistema e nos

proprios biorreatores Na Etapa 2 houve complementaaoda alca

linidadetom a adigao de hidroxido de sodio NaOH bTl Ivlesmo

assim observouse que os valores de pH decresciam ao longo do

tempo na entrada do sistema e que os biorreatores apresentlram

um velar medic de pH aLixode 70 Este baixo pH pode ter lido

provocado pelo acumulo de AOV nosbiorrestores na Tabela 6onde as concentraCOes no efluente tratado encontramse acima

daquelss de entrada Segundo Field e Sierra 2005 a toxicidade

poxAOe pH dependents sendo nao toxica entre pH 70e 80A

farina nao ionizada e toxica enocaso do acetato e do propionatovalares entre 6 e 16mgAOV livreLpodem sex toxicospara 50da

populaaomicrobiana reduzindo consequentemente a eficiencia

de remoaoda materia arganicaPara o parametro solidos suspensos totals Tabela 7 as

remocoesmedics vsriaram no BRAG em 4967 e 59

e no BRAN em 9497oe 98nasFases 1 2 e 3 respectivamente comprovando o papel primario damembrane em um

biorreator a membranas em fornecerbarreira contra os solidos

suspensos Entretanto para o parametro turbidez Tabela 7 os

valores encontrados mostraramsebsixos tendo sido observado

desenvolvimento de turbidez no efluente tratado do BRAIvi

Devese ressaltar que esta turbidez apsreceu epos a filtraraotom a membrane devido areprecipitcaode algiun composto

provavelmente abase de calcio A amostra coletada para analise

era uma amostra composts representstiva de 24h de operacaoclo sitem a Durante este periodo observousea formacaode um

films esbrsnquiado no interior des m angueiras de silicone que

conduziam o tratado domodulo de membrane ate o recipientsde Goleta onde este films tambem se formou

Os valores medics de concentraaoencontrados para durezs

sable ercplcanatzon for the low valuesfound may be the dztcultto rncriratain thesuitable pH and close tv the neutfal at thesystem

inlet acrdire tlae biareactots themsehes Ire Phase there was an

alkalirnt supplementation by the adclitiorz ofsodium hydraideVaOHJ hN Even so it was observed that the pH values de

creasedatsystem inlet as tunepassedlnarul tlzatthe bioreactors

presentedoa2ceragepHvalue bew L O Thislow pH mat hcne

been caused by a FtOA accumulation in the biorecrctans in Table

6 where the concenircxtiorrs ire the treatedeftuent are above

those found at the inlet According to Fuld arzd Sierra 200J

toxicity by hOA is pH deperttlentandisnortczvicbeteer2pH 0

cnd 0 Thenoniorazedform is toc arul in the cases ofcacetateandpropioncrte valuesbetween band 1 mg14freeL maybe

taxicfor51gfthenzierobixlpopulatTorconserluerztlyreducingthe organic matter removingecienQ7z

For the total suspended solidsparameter Table 7 the

carerage removalpercentages had a variation expressed 1496and59in theACBR andby 9409and98

in theAARin Phases 1 2 axed 3 respectivelyEzdencirzgthe primary role ofthe membrane ina rraeryrane bioreetctot

in terms ofproding a barrier against the suspended solids

However for the turbidity parameter Table 7 the foundvalues showed to be low a turbidity development lacavingbeenobserved intheLIBR treated effluent Itshouldbe stressed

that this turbidity appecardafter membrane filtration clue to

reprecipitation ofsome cornpounct probably calcium based

The sample collectedfor analysis was a compositesarrrple rep

resentative of24 h ofsystem operation Dadrrng thatperiod it

wasobserved thata whatishfilrra wcrsfornned inside thesilicone

hosesleacngthe treated effluentfrom the membrane module

to the collecting vessel where thisfihn was alsofarmedThe average concenbction valuesfbundfor total hard

Tabela 8 Dureza total DT e dureza calcio DGa condutividade eletrica CE e car real nos Fases 1 2 e3 para o hiorreator anaerobic

conventional BRAG a para o biorreator anaerobic a membranas BRAN tratando agua bronco de maquina de papel produzindo papelreciclado Etapa 2 Table 8 Tofai hardness TH and caicicrnhardness HCa eecfric candctrvit RC and real cohurin Phases 12 and 3 ftrr tiranaerobic convenfiorrai biorractor ACBR and the arraero6ic mer7rfrane bioreactor AMBR treating bvhife vater from

a paper machine producing recycled paper Phase 2

BRAG I BRAN I BRAG I BRAN 1 BRAG 1 BftAM 1 AAB

TDH NTi h 70 07 78 09 140 09 146 25 239 08 234 07GOV lOA kgDQO m3 d 148 18 134 16 81 06 80 13 47 02 48 02

E ntrada

DT T mgCaC03 L 1026 19 1639 211 1276 62

DGa I TA mgCaG03 L 910 14 1405 197 1149 45

GE A pS cm 3469 241 3959 280 3598 189

Gor real UG 180 73 120 15 112 7

Rear cuiu r

Saida

DT TD mgGaG03 L 1040 28 1006 27 979 370 894 311 537 108 547 114

DGa TA mgCaC03 L 917 28 872 26 902 377 785 300 478 110 488 114

GE BA iaS cm 3819 222 3770 216 4984 494 5046 459 5137 107 5086 150

Gor real UG 165 167 125 72 206 39 150 51 162 21 193 65

Rerlcrirrr

total DT na alimentacaoTabela 8 foram superiores aquelesreportados para AT Valores de concentracaoacima de 300 mg

CaC03Lsaccaracteristicos de Aguas muito duns Novamentepercebeseum ganho em qualidade do efiuente em relaaoao

parametro DT notadamente na Fase 3 onde a remoaoalcanrouS no BRAG e 7 no BRNI provavelmente devido ao

actiunulo de inorganicos nobiorreator Este ganho e importantese considerarmos uma possivel reutilizaraodeste efiuente no

entanto permanece o risco de incrustaroesem equipamentos

Comparandose os valores medics de concentraaoen

contrados para dureza calcio DGa na alimentacaoTabela

7 tom aqueles reportados para DT verificasetendenciade a

DT ser devidobasicam ente acs ions calcio o que era esperadodevido a adiraode carbonato de calcio CaCO no processo de

formaao da folha de papel Como citado anteriormente

Os valores medics encontrados para condutividade eletri

ca CE na entrada foram inferiores aqueles encontrados na

SaidaTabela 8 O aumento da conclutiv idade esta associado

provavelmente ao processo de mineralizaao da materia

organica isto e de biodegradarao cujo objetivo finale a

produaode COZ independentemente de suas vias e sews

intermediarios metabolicos e consegiiente solubilizacaoO m esmo efeito foi observado para cor real onde os valores

medics encontrados naentrada foram inferiores aqueles encon

trados na Saida Tabela 8 Sistemas de tratamento biologicos

geralmente nao removem cor da agua residuaria ao contrarioaumentos significantes na cor podem de fato ocorrer durante o

tratamento biologieo Milestone et al 2006

nessTH tfeelir2gTcrle 13 were higher thapathosereporedfor TA Concer2tration valaaes above 300 mgCaC03 L1 care

characferisticofve hard water Once again an effluent

quality gain was observed with regard to TH pararrreterespecially ire Phase 3 where the remrnalreached 5btrn

theCBRand57 in tlzeAi1BR probably due to inorganicrncatteraccmulatian inside the bioreaetor This gain is im

portantifapossible reutilization of thiseuent is considered

but therermairzs therzsk ofequipmentiracrustatiorrs

hirheai comparing the average concerrtrationvalues

found for calciurrr hardness HCca atfeeding Table 7J to

those reporedforTH a tendency is observed towarrsTH

being basically due to calcium ions whicda was expecteddue to addition ofcalcium carborxate CaC03 to the

paper webforrning process as pretiiously mentioned

Tdre average values found for electrzc conductivity

EC at inlet were lower tltara Chasefound at outlet Table

8 The increase in conductivity is probably associated

with the process oforganic molter mineraltzahor ie of

biodegradation the fznalpurpose ofwhich isproductionofC02 independently ofits wciys and metabolic internae

diaries and consequentsolubdiationThe same fectwasobserved for real colour where the

average valuesfound at inlet were lower than those foundat outlet Table 8J In general biological treatment systems

do not remove arty colouromresiduary water on the

contrrysigrsificant increases in colour may infact occur

during the bioloncal treatmenttIilestor2e et al 2000

0N

0

L

aW

O

CONCLUSOES E RECDMENDAOESNa Etapa 1 onde se utilizou a agua branca oriunda da

produCao de papel a partir de polpa kraft branqueada amber

as configuraoes apresentaram boa remaraode dureza total

Um ligeiro aumento no pH e na condutividade foi observado

Estes resultados indicam que o BRAM tem vantagens sobre

o tratamento anaerobio conventional na recuperacaoda aguabranca tratada especialmente devido a complete remoaodos

solidos suspensor e ao conteudo organico muita baiapresente

no efluente do BRAM Entretanto os valores ainda altos para

dureza total e condutividade eletrica no efluente nao removidas

pelo processo de biotratamento podem tornarseum empecilho

para um circuito de agua branca completamente fechado

Na Etapa 2 onde se utilizou a agua branca oriunda da

produraode papel a partir de polpa marrom reciclada esta

se mostrou nao adequada para o tratamento anaerobio pro

vavelmente devido a gerarao de acidos organicos volateis

impossibilitando a manutenaodo pH ideal para os micror

ganismos no interior do biorreator Ambas as configuraoes

apresentaram baixa eficiencia de remoaopara parametrosComo DQO turbidez e dureza Para SST observouse que o

BRAM apresentou clesempenho superior ao BRAC

QGRADECIMENTDS

Os autores agradecem a Zenon Environmental Inc Canada pelo modulo de membrane de ultrafiltraao a Suzano

Papel e Celulose e a Klabin SA pelo fornecimento da aguabranca ao CNPq e a FAPENITU pelo suparte financeiro na

forma de recursos para a execurao do projeto e de bolsas de

doutorado e de iniciaaocientifica

CONCLUSIONS AND

In Phase 1 where white water coming iortapxper

production usit2g bleachedkraftpulp was used both con

faguratiovrs presentedgood total hardness removalA slightincrease in pH and in conductivity was observed These

resultsrttdicate that the IBR has advcarrtages aver the

convettiorzalanaerobic treatment in termsof treated white

water recaver especially due to the complete removal ofsuspended solids andthe very low organic corrteritpreserat

in the f1tlBReluent However the still high values fortotal harelrtess asclelectriccorductrvit ire the fj2iterlt riot

remoedbythebiotreatmerztprocessrrtavbecome a draw

backfor a completely closed white water circuit

In Fhase 2 where whrte water corning fiorrr paper

production using recycled brown pulp was used the

latter showed to be ur2suitable for the araaerobic lreat

tnerzt probably due to volatile organic acid getzerutiovr

malzrrrg impossible to maintain the optimum pH for the

microorganisnss inside rite bioreactor Both corafiguratioras

presented low removing rciencyfor parameters such as

COD turbiditrandhardness For TSSit was observed that

the AIu1BR showed betterperformarrce than the4CBR

ACHNOWLfDGfMfNTS

The aurhors thankZeaaoraErawironmentallnc Canada

for the ultrafiltration rrrernbrane modrele Suzarro Papel e

Celulose andKlabirz SA for the whits water supply and

CNPq andFAPEIIGfor theJrnarreial support in theformofresourcesfor the project execution arzd doctorate ard

scientcinitiatior2 scholarships

R E fER EN C IASREFERENCES

APHAAMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATIONAWWA AMERICAN WATER WORKSASSOCIATION e WEF WATER

ENVIRONMENT FEDERATION Standard methods for the exanarraatrora ofwczterand wastewater 20 edtiashington APHA 1998

CHERNICHAROCALReatoresanaerobiosBelo Horizonte Departamento de Engenharia SanitariaeAmbiental UFNIG 1997

245 ISBN8570411308

8 p

oN

0

i

C

CHMembrane fouling mechanisrrrs in the membranecoupledanaerobic bioreactor ater Research v30 n

membrane unit water Sciet

FIELD J SIERRA R

1998

ofanaruxerobicreactorprovidedwithan external

Ultima atualizagao em 24 ago 2005 Disponivel em

In SPRINGER A NI Industrial emnronmental control pulp

IDLETR FULTHORPE RRRole of laigla molecular uass organics in colour formation duringapexrovartewater In International Water Association Symposium in Forest Industry Wastewaters 8aIWAABTCP 2006 I CD

JA Anraerobic treatrraent to pulp and paper mill waste management a review Bioresource Techno

logy v 47n1p118 1994

TCHOBANOULOUS Ci BURTON F asterovater engineering treatment disposal anti reuse iMetcalf Eddy Inc 3a ed NewYork McGrawHillPublishing Company 1991 1334 p ISBN0070416907

THONIPSON G et al Tlie treatment ofpulp and paperrralllefiuent areview Bioresource Technology v 77 p275286

2001